Фомин В.М.   Яковлев В.И.  

Первопричина и механизмы структурной неустойчивости интенсивных ударных волн в газах

Докладчик: Яковлев В.И.

Интенсивные ударные волны (УВ) в атомарных и молекулярных газах характеризу-ются двумя качественно различными режимами течения, которые классифицируются как устойчивые и неустойчивые режимы. Попытки объяснить результаты исследова-ний нескольких десятилетий представлены в [1–3]. В [1] впервые указывается на возможную решающую роль условий эксперимента: влияния стенок канала, способа генерирования ударных волн, от которого зависит динамика волновых процессов в установке. Доказательством этому служат результаты работы [2], где установлено, что прогрев стенок канала излучением, выходящим из ударно-нагретого газа, приводит к нарушению одномерной структуры течения вследствие теплового эффекта. Таким образом, предполагается, что в широком диапазоне условий первопричиной неустойчивого режима является наличие границ течения – стенок канала. Кроме того, наличие таких границ является источником слабых газодинамических возмущений и нарушения одномерности потока за фронтом УВ. 
Проведенный в [3] анализ ионизационной релаксации атомарного газа при наличии указанных факторов (слабые возмущения различных частот, не одномерное реальное течение) показывает, что физические механизмы структурной неустойчивости неравновесного течения различаются в зависимости от начальных условий эксперимента.
При малых числах Маха УВ, где тепловой эффект отсутствует, решающая роль принадлежит слабым газодинамическим возмущениям, которые при определенной частоте оказывают сильное влияние на кинетический механизм ассоциативной ионизации в столкновениях атом/высоковозбужденный атом. При увеличении числа Маха увеличивается величина и изменяется направление вектора (следствие не одномерности потока из-за пограничного слоя) электрического поля. При достижении критических значений поля вблизи стенки за фронтом УВ реализуется локальное энерговыделение, аналогичное тепловому эффекту.
Таким образом, первопричиной структурной неустойчивости УВ является влияние границ, которые: а) порождают слабые газодинамические возмущения (в частности, температурные) в сверхзвуковом потоке, б) вызывают неодномерный характер течения за ударным скачком, а также стратификацию среды перед ним. Эта первопричина является универсальной для УВ в различных средах, как атомарных, так и молекулярных газах. Однако при общей первопричине явления неустойчивости УВ механизмы структурной перестройки могут быть различными в зависимости от частоты возмущений, типа газа и интенсивности ударных волн.

1. Кузнецов Н.М. //УФН. 1989. Т. 159. В. 3. С. 493-527; а также // ХФ. 1993. Т. 12. № 3. С. 291-298
2. Железняк М.Б., Мнацаканян А.Х., Пастернак В.Е., Филимонова Е.А. // Известия АН, МЖГ. 1991. № 3. С. 124131; а также  ХФ. 1993. Т. 12. № 3.С. 377-379.
3. В.М. Фомин, В.И. Яковлев. Энергообмен в сверхзвуковых газоплазменных течениях с ударными волнами. – М.:ФИЗМАТЛИТ, 2017. – 368 с.


К списку докладов